精密機械概述及設計基礎

1、精密機械設計及控制精密機械設計及控制主主 講講 教教 師師: : 唐唐 焱焱單位：機電工程學院機械制造工程單位：機電工程學院機械制造工程Tel:el:1893477968518934779685E-mail:E-mail: 11959572561195957256 QQQQ輔輔 導導 教教 師：師： 黃黃 偉偉26/0126/01總總 學時：學時：64 64 理論學時：理論學時：52 52 實驗學時：實驗學時：12 12 學學 分：分：4 4教材：教材：韓良著韓良著. .電子精密機械設計電子精密機械設計（第（第4 4版）版）. . 東南大學出

2、版社東南大學出版社, 2011.06, 2011.06參考書：參考書：陳國強陳國強. . 等著；韓兵等譯等著；韓兵等譯 國際機械先進技術譯叢國際機械先進技術譯叢. . 機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，2011.102011.1026/0226/02 精密機械廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)及科精密機械廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)及科學研究，本課程將學習設計基本概念、學研究，本課程將學習設計基本概念、基礎理論、相應設計方法及其典型應用。基礎理論、相應設計方法及其典型應用。教學內(nèi)容具體包括兩部分：教學內(nèi)容具體包括兩部分： 典型機械結構設計理論及方法典型機械結構設計理論及方法 常見機電算控制系統(tǒng)設計及評估常見機電算控制系統(tǒng)

3、設計及評估課程學習研究的主要對象課程學習研究的主要對象26/0326/03 通過了解典型機械結構設計的具體通過了解典型機械結構設計的具體程序，嘗試對已學機械工程知識的應程序，嘗試對已學機械工程知識的應用，達到知識體系的鞏固和更深層次用，達到知識體系的鞏固和更深層次的理解。的理解。本課程特點與學習方法本課程特點與學習方法1 1）課程特點）課程特點 課程內(nèi)容隨科學技術發(fā)展和經(jīng)濟建設需求，課程內(nèi)容隨科學技術發(fā)展和經(jīng)濟建設需求，不斷更新和充實，具有：不斷更新和充實，具有：綜合性：綜合性：研究對象與多學科有密切聯(lián)系。研究對象與多學科有密切聯(lián)系。實踐性：實踐性：學習過程與生產(chǎn)實踐密切相關。學習過程與生產(chǎn)實

4、踐密切相關。工程性：工程性：設計方法和內(nèi)容需從工程實際應設計方法和內(nèi)容需從工程實際應 用角度理解和掌握。用角度理解和掌握。26/0426/042 2）學習方法及要點）學習方法及要點注重基本概念注重基本概念 結合機械設計、材料、計算機技術等學科結合機械設計、材料、計算機技術等學科基礎知識，了解涉及內(nèi)容之間的關聯(lián)和異同?；A知識，了解涉及內(nèi)容之間的關聯(lián)和異同。掌握基本方法掌握基本方法 典型結構設計過程：典型結構設計過程：功能功能 結構結構 控制控制理論與實踐的有機結合理論與實踐的有機結合 自主學習欲望、工程實踐能力；結合生產(chǎn)自主學習欲望、工程實踐能力；結合生產(chǎn)過程的具體問題，進行獨立思考、及時小結

5、。過程的具體問題，進行獨立思考、及時小結。26/0526/05閉卷考試：時間閉卷考試：時間120120分鐘分鐘平時成績：平時成績：10%10%（含考勤情況）（含考勤情況）實驗成績：實驗成績：20%20%考試成績：考試成績：70%70%26/0626/061. 1. 基本概念基本概念 改變勞動對象的形狀、性質、狀態(tài)、位改變勞動對象的形狀、性質、狀態(tài)、位置，準確實現(xiàn)預定的目標置，準確實現(xiàn)預定的目標。2. 2. 基本組成基本組成1.1 1.1 精密工作機基本概念及基本要求精密工作機基本概念及基本要求26/0726/07原動機構原動機構傳動機構傳動機構執(zhí)行機構執(zhí)行機構輸出輸出控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)檢測系統(tǒng)檢

6、測系統(tǒng)輸入輸入現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制必備環(huán)節(jié)必備環(huán)節(jié)例：各類加工中心例：各類加工中心26/0826/08立式加工中心立式加工中心五軸聯(lián)動加工中心五軸聯(lián)動加工中心臥式加工中心臥式加工中心主軸及工作臺主軸及工作臺動力：動力：電動機電動機傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)：齒輪、絲杠等一系列機構齒輪、絲杠等一系列機構執(zhí)行：執(zhí)行：主軸、進給系統(tǒng)、工作臺主軸、進給系統(tǒng)、工作臺控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：計算機、傳感器、執(zhí)行件計算機、傳感器、執(zhí)行件檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)：計算機、各類傳感器計算機、各類傳感器動力：動力：電動機電動機傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)：液壓臺及液路系統(tǒng)液壓臺及液路系統(tǒng)執(zhí)行：執(zhí)行：固定工作站、移動壓力器固定工作站、移動壓力器控

7、制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：計算機、液壓傳感器、執(zhí)行件計算機、液壓傳感器、執(zhí)行件反饋系統(tǒng)：反饋系統(tǒng)：計算機、各類傳感器計算機、各類傳感器例：液壓成型機例：液壓成型機26/0926/09（1 1）功能要求）功能要求 生產(chǎn)作業(yè)、自動控制、監(jiān)測反饋生產(chǎn)作業(yè)、自動控制、監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)處理、誤差校正及補償數(shù)據(jù)處理、誤差校正及補償顯示、記錄、輸出顯示、記錄、輸出 功能要求是實現(xiàn)預定目標的基礎，尤功能要求是實現(xiàn)預定目標的基礎，尤其是精密機械其是精密機械“工作機工作機”領域。領域。3. 3. 精密機械設計基本要求精密機械設計基本要求26/1026/10 在規(guī)定時間內(nèi)和確定的使用條件下，能在規(guī)定時間內(nèi)和確定的使用條件下，能

8、有效的實現(xiàn)預期功能。有效的實現(xiàn)預期功能。具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)： 工作可靠、效率穩(wěn)定、操作方便、維修簡潔工作可靠、效率穩(wěn)定、操作方便、維修簡潔基礎保障基礎保障 總體方案、具體結構、零件質量、控制總體方案、具體結構、零件質量、控制系統(tǒng)、檢測及反饋系統(tǒng)系統(tǒng)、檢測及反饋系統(tǒng)（2 2）可靠性要求）可靠性要求 26/1126/11 精密機械的重要技術指標，設計時必須精密機械的重要技術指標，設計時必須保證正常工作時所要求的精度。保證正常工作時所要求的精度。精度保障的四個環(huán)節(jié)：精度保障的四個環(huán)節(jié)： 方案設計方案設計（功能、原理、用途）（功能、原理、用途） 機械結構設計機械結構設計（特性）（特性） 零件設計及技術

9、要求零件設計及技術要求（互換性）（互換性） 控制及反饋系統(tǒng)控制及反饋系統(tǒng)（關鍵指標、智能化程（關鍵指標、智能化程度、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡功能等）度、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡功能等）（3 3）精度要求）精度要求26/1226/12 市場經(jīng)濟的競爭需求。市場經(jīng)濟的競爭需求。 要求產(chǎn)品的各個組成部分具有高的性能要求產(chǎn)品的各個組成部分具有高的性能價格比；總體制造在價格比；總體制造在價值、周期、環(huán)保價值、周期、環(huán)保 等等方面都具有較好的經(jīng)濟性。方面都具有較好的經(jīng)濟性。例：例：三類機械零件的經(jīng)濟性分析三類機械零件的經(jīng)濟性分析 專用件：專用件：普通機械零件（功能設計）普通機械零件（功能設計） 通用件：通用件：關鍵結構標準化（螺

10、紋、齒輪）關鍵結構標準化（螺紋、齒輪） 標準件：標準件：統(tǒng)一形狀、尺寸、機械性能等統(tǒng)一形狀、尺寸、機械性能等 （4 4）經(jīng)濟性要求）經(jīng)濟性要求 26/1326/13技術經(jīng)濟分析：技術經(jīng)濟分析：專用件：專用件：按需求設計，結構相對復雜，生產(chǎn)按需求設計，結構相對復雜，生產(chǎn)批量小，制造過程繁雜。批量小，制造過程繁雜。結論：結論：經(jīng)濟性最差（設計、制造全程投入）經(jīng)濟性最差（設計、制造全程投入）選用要求：選用要求：結構盡量簡潔，工藝性好結構盡量簡潔，工藝性好通用件：通用件：部分結構按需求設計，關鍵結構部分結構按需求設計，關鍵結構有成熟工藝保證。有成熟工藝保證。結論：結論：經(jīng)濟性較好經(jīng)濟性較好選用要求：選

11、用要求：用標準系列參數(shù)用標準系列參數(shù)設計實例：設計實例： 螺紋設計螺紋設計T48T486 6 齒輪設計齒輪設計 z=29 z=29；m=3m=3；=20=20標準件：標準件：不需要任何設計、加工，按相關標不需要任何設計、加工，按相關標準（國家、行業(yè)、企業(yè)）直接選用。準（國家、行業(yè)、企業(yè)）直接選用。結論：結論：經(jīng)濟性最好經(jīng)濟性最好選用要求：選用要求：嚴格遵循對應標準嚴格遵循對應標準設計實例：設計實例：緊固螺紋緊固螺紋GB/T5781-2000 GB/T5781-2000 六角螺栓六角螺栓M12M123030緊固螺母緊固螺母GB/T6170-2000 GB/T6170-2000 六角螺母六角螺母M

12、12M12圓柱銷圓柱銷GB/T119.1-2000 GB/T119.1-2000 圓柱銷圓柱銷10104040 GB/T119.2-2000 GB/T119.2-2000 圓柱銷圓柱銷10104040（淬火）（淬火） 社會物質文明的發(fā)展促進了精神文明社會物質文明的發(fā)展促進了精神文明的建設，形成復雜的社會需求。的建設，形成復雜的社會需求。造型：造型：外形美觀、色澤和諧外形美觀、色澤和諧科學：科學：仿生學、人機工程學仿生學、人機工程學環(huán)保：環(huán)保：有害物質、輻射、噪聲有害物質、輻射、噪聲 符合現(xiàn)代健康、高效、舒適、環(huán)保等符合現(xiàn)代健康、高效、舒適、環(huán)保等高度社會文明的趨勢。高度社會文明的趨勢。（5 5

13、）外觀及環(huán)保要求）外觀及環(huán)保要求26/1426/14常規(guī)工作機的分類常規(guī)工作機的分類u傳動類傳動類u儀器儀表類儀器儀表類u工作類工作類1.2 1.2 精密機械設備基本類型及發(fā)展趨勢精密機械設備基本類型及發(fā)展趨勢26/1526/151. 1. 電子精密機械分類電子精密機械分類26/1626/16傳動類：傳動類：生產(chǎn)輔機，生產(chǎn)輔機，用于自動生產(chǎn)線的銜用于自動生產(chǎn)線的銜接或單機作業(yè)的進出料、接或單機作業(yè)的進出料、工序轉移等。工序轉移等。人工傳輸人工傳輸自動傳輸自動傳輸工作類：工作類：26/1726/17 生產(chǎn)主機，單臺或連線作業(yè)，用于實現(xiàn)各類生產(chǎn)主機，單臺或連線作業(yè)，用于實現(xiàn)各類生產(chǎn)，如：生產(chǎn)，如：

14、機加工、清洗、包裝機加工、清洗、包裝包裝機包裝機臥式車床臥式車床數(shù)顯立數(shù)顯立式銑床式銑床智能多頭智能多頭電子秤電子秤滾齒機滾齒機儀器儀表類：儀器儀表類：26/1826/18 通常用于控制、檢測、顯示，屬于生產(chǎn)輔機通常用于控制、檢測、顯示，屬于生產(chǎn)輔機類，用于生產(chǎn)過程的質量控制等。類，用于生產(chǎn)過程的質量控制等。三坐標三坐標測量儀測量儀汽車儀表汽車儀表電子顯微電子顯微鏡系統(tǒng)鏡系統(tǒng)傳感器性能傳感器性能測試臺測試臺（1 1）單工位工作機）單工位工作機 最簡單的作業(yè)方式，被加工零件在全生產(chǎn)最簡單的作業(yè)方式，被加工零件在全生產(chǎn)周期中只有一次裝（待加工）、卸（完工）。周期中只有一次裝（待加工）、卸（完工）。

15、工作周期工作周期T Tc c：完成單位成品的時間總和。完成單位成品的時間總和。工藝周期工藝周期T T工藝工藝：完成單位成品全部工藝的時完成單位成品全部工藝的時間總和，等于工作周期間總和，等于工作周期T Tc c。2. 2. 電子精密機械工作機特點電子精密機械工作機特點26/1926/19組織生產(chǎn)的主要參數(shù)之一：組織生產(chǎn)的主要參數(shù)之一： 生產(chǎn)率（生產(chǎn)節(jié)拍）生產(chǎn)率（生產(chǎn)節(jié)拍）工作周期時間計算：工作周期時間計算： 工作周期決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。工作周期決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。 根據(jù)工序的復雜程度及先后要求，周期根據(jù)工序的復雜程度及先后要求，周期計算分三種情況：計算分三種情況：流水作業(yè)：流水作業(yè)

16、：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +并列作業(yè)：并列作業(yè)：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax混合作業(yè)：混合作業(yè)：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax+ +1niit26/2026/201niit（t ti i工序時間）工序時間）（t tmaxmax最長工序時間）最長工序時間）（2 2）周期位移多工位工作機）周期位移多工位工作機 生產(chǎn)線是最常見的作業(yè)形式之一，由多生產(chǎn)線是最常見的作業(yè)形式之一，由多工位單機或多臺機床構成。工位單機或多臺機床構成。運動形式：運動形式：工件工件間歇運動間歇運動，經(jīng)線

17、上所有工，經(jīng)線上所有工位，完成不同加工內(nèi)容。分兩種情況：位，完成不同加工內(nèi)容。分兩種情況： 工件隨設備夾持機構運動工件隨設備夾持機構運動 工件隨設備輸送機構運動工件隨設備輸送機構運動工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工藝工藝= =t tmaxmax + + t th h式中：式中：t tmaxmax最大運動時間；最大運動時間；t th h靜止時間靜止時間26/2126/21（3 3）連續(xù)位移多工位工作機）連續(xù)位移多工位工作機 工件連續(xù)運動經(jīng)所有工位以完成所有工件連續(xù)運動經(jīng)所有工位以完成所有工序。常用裝置有盤式、帶式兩種機構。工序。常用裝置有盤式、帶式兩種機構。轉盤式轉盤式 工作周期：工作

18、周期：T Tc c=T=T工藝工藝=2/=2/zz直線移動式直線移動式 工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工藝工藝=s/v=s/v26/2226/223. 3. 精密機械的作用及發(fā)展趨勢精密機械的作用及發(fā)展趨勢 各類精密機械應用領域廣泛，包括電子各類精密機械應用領域廣泛，包括電子產(chǎn)品、常規(guī)制造業(yè)、國防等，是國家機械制產(chǎn)品、常規(guī)制造業(yè)、國防等，是國家機械制造水平的重要標志。造水平的重要標志。滲入技術密集型各行各業(yè)滲入技術密集型各行各業(yè) 我國技術密集型正逐步取代勞動密集企業(yè)。我國技術密集型正逐步取代勞動密集企業(yè)。高精度、高效率高精度、高效率 加工中心、測試測繪、航空航天、微電子等。加工中心、測試測繪、航空航天、微電子等。專業(yè)化、微觀化、智能化專業(yè)化、微觀化、智能化 微型化功能專一的智能裝備。微型化功能專一的智能裝備。26/2326/231